为什么 ArrayList<ArrayList<T>> 到 Iterable<Iterable<T>> 的隐式转换是不可能的？

Question

我想知道Java 不能将ArrayList<ArrayList<T>> 隐式转换为Iterable<Iterable<T>> 的原因。 我的问题不在于如何明确地做到这一点。

为什么会出现以下代码：

import java.util.Iterator;
import java.util.ArrayList;

public class Test {
  public Test() {
    ArrayList<ArrayList<Test>> arr = new ArrayList();
    Iterable<Iterable<Test>> casted = arr;
  }
}

在编译期间引发以下错误？

Test.java:7: error: incompatible types: ArrayList<ArrayList<Test>> cannot be converted to Iterable<Iterable<Test>>

Answer 1

ArrayList 是Iterable，你是对的，所以ArrayList<ArrayList<Test>> 是Iterable<ArrayList<Test>>。

但是Iterable<Iterable<Test>> 不是Iterable<ArrayList<Test>>，因为在这种情况下，您当然不能显式地向Iterable 添加某些内容，但有可能情况是，您可以（通过其他示例），所以您可以例如，在其中添加Set<Test>，这样会破坏arr。

您可以使用有界泛型解决此问题：

Iterable <? extends Iterable<Test>> casted = arr;

因此，当您在 casted 上运行 iterator() 时，您将获得 Iterator<? extends Iterable<Test>>，并且随着每个 next() 您将获得 ? extends Iterable<Test>，即 Iterable<Test>。

你应该阅读一些关于 covariance and countervariance in Java 的文章来获得这个。

Answer 2

因为泛型是如何工作的。你必须使用：

ArrayList<ArrayList<Test>> arr = new ArrayList();
Iterable<? extends Iterable<Test>> casted = arr;

ArrayList<ArrayList> 与 Iterable<Iterable> 不兼容，因为泛型是严格的。 ArrayList 不是Iterable，而是? extends Iterable

但是，这有局限性。考虑

ArrayList<? extends Iterable<Test>> casted = arr;

这项工作。但是现在，casted 绑定基本上没有类型。你不能在上面调用add，因为没有兼容的类型。

Answer 3

我们来看几个类似的例子：

public final class Test {
  public Test() {
    final ArrayList<ArrayList<Test>> a1 = new ArrayList<>();
    final ArrayList<? extends Iterable<Test>> valueTypeRef = a1;
    final Iterable<? extends Iterable<Test>> spinalTypeRef = valueTypeRef;

    final ArrayList<Iterable<Test>> a2 = new ArrayList<>();
    final Iterable<Iterable<Test>> r2 = a2;
  }
}

在a1 的第一个示例中，您可以看到我们可以形成的有效引用，首先概括值类型，然后生成容器的类型（当谈到序列时，“脊椎”）。第二个示例 (a2) 展示了如何从值类型 Iterable 开始允许您轻松形成您想要的引用类型。

您的问题归结为为什么valueTypeRef 不能是ArrayList<Iterable<Test>> 类型，以及为什么我们需要使用上限通配符。在 Java 中，类型 ArrayList<ArrayList<Test>> 与类型 ArrayList<Iterable<Test>> 没有关系，即使 ArrayList<Test>> 是 Iterable<Test> 的子类型。形成valueTypeRef 会为其隐式转换寻找这种可能的关系，但不存在这种关系，即使您作为程序员可以看到它应该存在。

Java 允许您利用这种子类型关系的唯一方法是使用通配符，如Wildcards and Subtyping in The Java Tutorial 中所述。我们需要引入一个上限通配符（此处为ArrayList<? extends Iterable<Test>>）来告诉类型系统我们期望我们的新引用的值类型是其引用的值类型的子类型。

没有通配符的类型参数既不是协变的也不是逆变的；即使函数参数和返回类型允许沿子类型和超类型轴进行正常替换，泛型类型本身（例如 ArrayList<ArrayList<Test>> 和 ArrayList<Iterable<Test>>）也只能使用通配符参与这些替换。

生成的类型（同样，ArrayList<? extends Iterable<Test>>）禁止使用任何会在列表中插入一些值的变异函数，这些值确实是Iterable<Test>，但不是ArrayList<Test>。生成的引用类型与其所指对象是协变的，大致意思是通读是安全的，但写通不安全。

Answer 4

糟糕的解决方案

如果有人感兴趣，这就是我解决问题的方法。但这是一种解决方法，并不能解释为什么第一个 sn-p 不起作用：

import java.util.Iterator;
import java.util.ArrayList;

public class Test {
  public Test() {
    ArrayList<ArrayList<Test>> arr = new ArrayList();
    Iterable<Iterable<Test>> casted = (Iterable<Iterable<Test>>)(Iterable<?>)arr;
  }
}

这是不安全的操作。在这种情况下，不会造成任何伤害，因为 Iterable 是只读的，但是这种方法允许您将 ArrayList<ArrayList> 强制转换为 ArrayList<LinkedList>，因此它可以破坏 arr。

很好的解决方案

由于上述原因，没有很好的解决方案将ArrayList<ArrayList> 转换为Iterable<Iterable>。但是您可以安全地（隐式地）将ArrayList<ArrayList> 转换为Iterable<? extends Iterable>，并像处理Iterable<Iterable> 一样处理Iterable<? extends Iterable> 类型的变量。

您可以隐式地将Iterable<Iterable> 视为Iterable<? extends Iterable>。